Tutto il corpo Imaging Mass Spectrometry da Infrared Matrix-Assisted Laser desorbimento per ionizzazione elettrospray (IR-Maldesi)
Summary
A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.
Abstract
fonti di ionizzazione ambientali per la spettrometria di massa (MS) sono stati oggetto di molto interesse negli ultimi dieci anni. Matrix-assisted laser desorbimento per ionizzazione elettrospray (Maldesi) è un esempio di tali metodi, in cui le caratteristiche del laser desorbimento / ionizzazione assistita dalla matrice (MALDI) (ad esempio, la natura pulsata di desorbimento) e la ionizzazione elettrospray (ESI) (ad esempio, soft-ionizzazione ) sono combinati. Uno dei principali vantaggi di Maldesi è la sua versatilità intrinseca. In esperimenti Maldesi, un ultravioletta (UV) o laser a infrarossi (IR) possono essere utilizzate per eccitare una matrice di risonanza endogena o esogena. La scelta di matrice non è analita dipendente, e dipende esclusivamente dalla lunghezza d'onda del laser utilizzato per l'eccitazione. In esperimenti IR-Maldesi, un sottile strato di ghiaccio viene depositato sulla superficie del campione come matrice ad assorbimento di energia. La geometria sorgente IR-Maldesi è stato ottimizzato utilizzando il modello statistico degli esperimenti (DOE) per l'analisi di campioni liquidi, nonché Biolcampioni di tessuto ogical. Inoltre, una robusta fonte di imaging IR-Maldesi è stato sviluppato, in cui un laser sintonizzabile mid-IR è sincronizzato con un computer controllato stadio XY traslazionale e uno spettrometro di massa ad alta potere risolutivo. Un'interfaccia utente grafica personalizzata (GUI) consente all'utente di selezionare la frequenza di ripetizione del laser, il numero di scatti per voxel, step-dimensioni del palcoscenico del campione, e il ritardo tra il desorbimento e scansione eventi per la fonte. IR-Maldesi è stato utilizzato in varie applicazioni come l'analisi forense delle fibre e coloranti e MSI di sezioni di tessuto biologico. Distribuzione di diversi analiti che vanno dai metaboliti endogeni a xenobiotici esogene all'interno di sezioni di tessuto può essere misurato e quantificato utilizzando questa tecnica. Il protocollo presentato in questo manoscritto descrive le principali misure necessarie per IR-Maldesi MSI di sezioni di tessuto di tutto il corpo.
Introduction
imaging con spettrometria di massa (MSI) in modalità microsonda comporta desorbimento del campione da una superficie da una trave (laser o ioni) in posizioni discrete sulla superficie di un campione. Ad ogni punto raster, uno spettro di massa viene generato e gli spettri acquisiti, insieme con la posizione spaziale da cui sono stati raccolti, può essere utilizzato per mappare simultaneamente numerosi analiti nel campione. Questo modo senza etichetta delle immagini accoppiata alla sensibilità e la specificità della spettrometria di massa hanno contribuito MSI diventare uno dei campi più rapida evoluzione in spettrometria di massa 1,2.
Matrix-assisted laser desorbimento / ionizzazione (MALDI) è il metodo di ionizzazione più comune utilizzato per le analisi MSI. Tuttavia, la necessità di una matrice organica e le esigenze aspirapolvere della MALDI pongono limiti significativi sulla riproducibilità, la produttività del campione, ed i tipi di campioni che possono essere analizzati utilizzando il metodo. Un certo numero di pressione atmosferica (AP) iometodi nizzazione sono stati sviluppati negli ultimi anni per aggirare queste restrizioni 3. Questi metodi di ionizzazione ambiente consentono l'analisi di campioni biologici in un ambiente che è molto più vicino al loro stato naturale e semplificare procedura di preparazione del campione prima dell'analisi. Matrix-assisted laser desorbimento per ionizzazione elettrospray (Maldesi) è un esempio di un tale metodo di ionizzazione 4,5.
In esperimenti IR-Maldesi, un sottile strato di ghiaccio è depositato sulla superficie del tessuto come matrice ad assorbimento di energia. Un impulso laser mid-IR viene assorbita dalla matrice di ghiaccio, e facilita desorbimento dei materiali neutri dalla superficie risonante eccitando il OH modalità di acqua di filatura. La neutri partizione desorbita nelle goccioline cariche di un elettrospray ortogonali e sono post-ionizzato in modo ESI-like 4-6. L'aggiunta di matrice ghiaccio esogeno è preferito basandosi unicamente su acqua endogena nel tessuto in quanto contribuisce accontare le variazioni nel contenuto di acqua in differenti compartimenti, e ha dimostrato di migliorare desorbimento 6 e migliorare abbondanza ionico facendo ~ 15 volte 7,8 negli esperimenti di imaging tessuto.
In questo lavoro, utilizziamo IR-Maldesi MSI per suscitare la distribuzione dei metaboliti in diversi organi in tutto il corpo del mouse neonatale. Una panoramica dei parametri modificabili della sorgente IR-Maldesi è dato, e sono dimostrati i passi necessari per l'imaging di successo di sezioni di tessuto.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo di cui sopra sono descritti i passaggi chiave per l'esecuzione di un esperimento IR-Maldesi MSI. Il processo di applicazione della matrice (punto 3) dura circa 20 minuti, che è simile ad un tipico processo di applicazione matrice per esperimenti MALDI MSI per sublimazione o spray-coating utilizzando uno spruzzatore robotico. Inoltre, IR-Maldesi non si basa sulla separazione di analiti in cristalli di matrice 6, e la matrice di ghiaccio può essere usato universalmente per tutti gli analiti …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Professor H. Troy Ghashghaei from NCSU Department of Molecular Biomedical Sciences for providing the whole mouse tissue. The authors also gratefully acknowledge the financial assistance received from National Institutes of Health (R01GM087964), the W.M. Keck foundation, and North Carolina State University.
Materials
| IR-MALDESI Source | Custom-made | N/A | Please refer to references 4 and 12 for an in-depth discussion of IR-MALDESI source development. |
| Q Exactive Plus | Thermo Scientific | Q Exactive Plus Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer | |
| Water, HPLC Grade | Burdick & Jackson | AH365-4 | |
| Methanol, HPLC Grade | Burdick & Jackson | AH230-4 | |
| Formic Acid | Sigma Aldrich | 56302 | |
| Tunable mid-IR Laser | Opotek Inc. | IR Opolette | Tunable 2700-3100 nm IR OPO laser |
| Nitrogen Gas | Arc3 Gases | AG S-NI300-5.0 | Grade 5.0 high purity nitrogen gas cylinder (300) |
| Cryostat | Leica Biosystems | CM 1950 | Cryomicrotome |
| High Profile Microtome Blades | Leica Biosystems | 3802123 | Leica DB80HS |
| Mounting Medium (OCT) | Leica Biosystems | 3801480 | Surgipath FSC 22 mounting medium |
| Cryostat Specimen Disc | Leica Biosystems | 14047740045 | 40 mm diameter |
| Glass Microscope Slides | VWR | 48312-003 | Frosted, selected, pre-cleaned |
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